Исследование электромагнитного излучения коронного разряда вблизи электроустановок 500 кВ

Причиной интенсивного электромагнитного излучения широкого спектра в электроустановках СВН является коронный разряд. Как правило, провода ВЛ выбираются таким образом, чтобы максимальная напряженность на поверхности провода при наибольшем рабочем напряжении не превосходила начальной напряженности коронного разряда. Однако неровности на поверхности провода из-за механических повреждений (заусеницы, царапины), загрязнений (капли смазки, твердые частицы), осадков (капли дождя, росы, снег, изморозь, гололед, иней) приводят к местному увели- чению напряженности электрического поля. В результате коронный разряд на проводах воздушных линий возникает при напряжении значительно меньшем, чем начальное напряжение самостоятельного разряда на чистых проводах с неповрежденной поверхностью.

Человек, находящийся вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения, подвержен воздействию электрического поля промышленной ча- стоты и электромагнитному излучению (ЭМИ), созданному явлением коронного разряда, что никак не учитывается существующими нормативными документами.

Следует отметить, что как источники радиопомех электромагнитные излучения, обусловленные явлением коронного разряда, достаточно хорошо изучены [1]. Однако до настоящего времени как в России, так и за рубежом нет исследований, подтверждающих или отрицающих вредное для обслуживающего персонала действие электромагнитного излучения коронного разряда.

С целью оценки электромагнитного излучения коронного разряда как вредного производственного фактора были проведены исследования характеристик этого излучения. В качестве объекта исследования были выбраны: ОРУ 500 кВ подстанции Шагол Челябинского предприятия магистральных электрических сетей филиала ОАО “ФСК ЕЭС” МЭС Урала и пролет между 4 и 5 опорами ВЛ 500 кВ Шагол – Козырево Челябинского предприятия магистральных электрических сетей филиала ОАО “ФСК ЕЭС” МЭС Урала.

В качестве первого этапа эксперимента была выполнена ориентировочная оценка частотного диапазона электромагнитных излучений, создаваемых коронным разрядом на токоведущих частях. Оценка проводилась при помощи измерительного приемника и дала следующие результаты: диапазон, в котором отмечается наличие излучений, занимает интервал приблизительно от 50 кГц до 10 МГц. В большинстве исследованных диапазонов частот (òàáë. 1) имеет место уровень излуче- ний с равномерным спектром. Однако на этом фоне отмечено наличие аномальных “всплесков” и “провалов” в спектре излучения. Например, на ча- стотах 190, 1000 и 1600 кГц наблюдается увеличе- ние, а на частоте 6000 кГц – резкое снижение уровня излучений.

С помощью осциллографирования тока, протекающего через тело человека, находящегося в середине пролета между 4 и 5 опорами ВЛ 500 кВ Шагол – Козырево (расстояние до токоведущих частей от уровня земли 9,7 м, напряженность электрического поля на уровне 1,8 м от земли 11 кВ м), и дальнейшего разложения полученной кривой в ряд Фурье был проведен предварительный анализ спектрального состава этого тока сме-

Ò à á ë è ö à 1

( 2 %$ ' $ 0

-8L ( % ( &

0,05 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100 200 500 Частота, кГц

. 2 % F &

щения. Полученные данные позволяют утверждать, что определенный вклад в действующее зна- чение тока смещения вносят высокочастотные составляющие (см. рисунок).

На частотах 200 – 500 кГц (см. рисунок) ослабление сигнала составляет от – 20 до – 10 дБ, что позволяет утверждать об отличии высокочастотных токов от тока промышленной частоты лишь на один порядок. Учитывая, что на основной гармонике ток смещения, протекающий через тело человека, составляет 100 мкА (при уровне напряженности электрического поля 10 кВ м), можно

Ò à á ë è ö à 2

полагать, что составляющая этого тока частотой 500 кГц будет порядка 10 мкА.

На втором этапе эксперимента впервые были исследованы напряженности электрического и магнитного полей коронного разряда на различ- ных частотах.

Исследования были проведены на ОРУ 500 кВ подстанции Шагол. Измерения проводились на расстоянии 5 м от шинного разъединителя фазы Â, в точке с напряженностью электрического поля промышленной частоты (Å = 15 кВ м), измеренной на уровне 1,8 м от поверхности земли.

Для исследований применялось следующее поверенное оборудование:

âдиапазоне частот 0,15 – 30 МГц измерения электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля проводились с использованием измерительного приемника SMV-11 и измерительных антенн FMA-11 (рамочной и штыревой);

âдиапазоне частот от 30 до 1000 МГц измерения вертикальной и горизонтальной составляющих электромагнитного поля проводились с использованием измерительного приемника SMV-8 и измерительных антенн ДР1 и ДР3.

Поскольку использовались приемники с узкой полосой пропускания (9 кГц у SMV-11 и 120 кГц у SMV-8), измерения проводились путем медленной

перестройки по частоте. При появлении отклика на индикаторе приемника амплитудой, превышающей амплитуду шумоподобного сигнала на 10 дБ и более, регистрировались частота и уровень отклика. Для определения максимальных значений измерений при появлении отклика медленной подстройкой по частоте необходимо было добиться максимального отклонения стрелки и затем наблюдать сканирование стрелки индикатора в тече- ние 10 – 15 с. Максимальное показание стрелки регистрировалось в журнале.

В результате был получен целый ряд дискретных частот с определенными уровнями напряжения. Результаты измерений представлены в òàáë. 2 – 4. Там же приведены предельно допустимые уровни напряженности электрического и магнитного полей (ГОСТ 12.1.006-84 и СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96).

Âиспользуемых приемниках результаты измерения регистрировались в децибеллах. Пересчет показаний прибора в напряженность электриче- ского поля осуществляется с учетом коэффициента калибровки используемых антенн K и перевода относительных уровней в абсолютные значения напряженности поля.

Âдиапазоне частот 30 – 300 МГц напряженность электрического поля определяется по среднеквадратическому значению по формуле

В диапазоне частот выше 300 МГц предельно допустимые уровни определяются плотностью потока энергии.

Согласно СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96 при одновременном облучении от нескольких источников ЭМИ, для которых установлены одни и те же пре-

дельно допустимые уровни, должны соблюдаться условия [2, 3]:

i 1

Ò à á ë è ö à 4

( 2 ( &= / / &

2( % G % OPQ0 ( 0

2 / RPS0

П р и м е ч а н и е . Предельно допустимая напряженность приведена по ГОСТ 12.1.006-84 и СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96.

ãäå Ei – напряженность электрического поля, создаваемая источником ЭМИ под i-м номером; Ti – время воздействия i-го источника; n – число источ- ников ЭМИ; ÝÝEïä – предельно допустимое значе- ние энергетической экспозиции.

i 1

ãäå Hi – напряженность магнитного поля, создаваемая источником ЭМИ под i-м номером; Ti – время воздействия i-го источника; n – число источников ЭМИ; ÝÝHïä – предельно допустимое значение энергетической экспозиции.

При условии, что человек работает в течение 8 часов, для диапазона частот 30 кГц – 3 МГц предельно допустимое значение энергетической экспозиции согласно СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96 составляет 20 000 (В м)2ч. По данным òàáë. 2 получаем

i 1

По магнитной составляющей для диапазона частот 30 кГц – 3 МГц предельно допустимое зна- чение энергетической экспозиции согласно СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96 составляет 200 (А м)2ч. По данным òàáë. 4 при 8-часовом рабочем дне получаем

i 1

Аналогичные расчеты для других частот показали, что условия (4) и (5) выполняются во всем частотном диапазоне.

Несмотря на то, что интенсивность электромагнитного излучения меньше, чем предельно допустимая, предусмотренная ГОСТ 12.1.006-84 и

СанПиН 2.2.4 2.1.8.055-96, необходимо иметь в виду, что персонал подвергается совместному воздействию электрического поля промышленной частоты и ЭМИ достаточно широкого диапазона, что никак не учитывается этими нормативными актами.

Электромагнитная обстановка на территории ОРУ 500 кВ определяется узкополосными излуче- ниями (гармоники частоты электропитания) и широкополосными излучениями, обусловленными коронными разрядами высоковольтных источников. В результате этого, электромагнитное поле на территории ОРУ 50 кВ аппроксимируется как некогерентное широкополосное излучение во всей нормируемой полосе частот со случайным распределением во времени по частоте и амплитуде.

В заключение следует отметить целесообразность дальнейших, совместных с медицинскими учреждениями исследований параметров ЭМИ с учетом напряжения в линии, тока нагрузки, метеорологической обстановки и др., необходимых для разработки соответствующими организациями нормативного документа, регламентирующего электромагнитное излучение коронного разряда как вредный производственный фактор.

Актуальность этих исследований обусловлена также необходимостью учета [2, 3] совместного действия электрического поля промышленной частоты и ЭМИ достаточно широкого диапазона.

Список литературы

1.Техника высоких напряжений Под общей ред. Разевига Д. В. М.: Энергия, 1976.

2.Электромагнитная безопасность человека. Справочно-ин- формационное издание. Григорьев Ю. Г., Степанов В. С., Григорьев О. А., Меркулов А. В. М., 1999.

3.Электробезопасность на открытых горных работах Под ред. Щуцкого В. И. М.: Недра,1983.